第四章接地搭接技術(shù)

信號回路接地（機(jī)能地）如各變送器的負(fù)端接地，開關(guān)量信號的負(fù)端接地等。

把大地作為組成回路一部分的機(jī)能接地例子，是電氣防腐蝕回路(圖1．7)。另外，被期待作為21世紀(jì)輸電方式的直流輸電系統(tǒng)(圖1．8)中有采用大地歸路的計(jì)劃，因此機(jī)能接地成為必要。屏蔽接地（輸入信號電纜的屏蔽層的接地、電磁屏蔽格柵接地等）

線路濾波器接地、SPD接地電子裝置的電源的輸入部位接入線路過濾器(圖1．11)。這個(gè)線路過濾器是為了不讓通入電源線的無用的噪音進(jìn)人電子裝置。把電源的各線與大地間接入電容器，噪音就導(dǎo)入大地。3)防雷接地(4)防靜電接地！?。∵@里的分類是指接地工程設(shè)計(jì)施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨(dú)立開來。相反，除了有地電信號抗干擾、設(shè)備本身專門要求等特殊原因之外，應(yīng)盡量采用聯(lián)合接地的方案。圖1.12油罐車和靜電用接地隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，功能強(qiáng)大價(jià)值昂貴的設(shè)備廣泛使用，要求提供更加可靠的接地保護(hù)；此外，微電子技術(shù)的推廣，使得現(xiàn)代設(shè)備要求更低的接地電阻和正確的引線方式，以達(dá)到電磁兼容（EMC）的目的。在各種系統(tǒng)中，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的接地系統(tǒng)對獲得ＥＭＣ是至關(guān)重要的。

當(dāng)意外的電壓和電流影響設(shè)備性能時(shí)，稱之為存在電磁干擾（EMI），這些電壓和電流可以通過傳導(dǎo)或電磁場輻射傳到受害的設(shè)備。電磁干擾包括系統(tǒng)內(nèi)部的干擾和系統(tǒng)之間的干擾

接地面與大地連接的三種原因：(1)為使整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面，并給高頻干擾電壓提供低阻抗通路，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的目的。(2)為使系統(tǒng)的屏敞接地，取得良好的電磁屏蔽效果。達(dá)到抑制電磁干擾的目的。(3)為了防止雷擊危及系統(tǒng)和人體，防止靜電電荷積累引起火花放電，以及防止高電壓與外殼相接引起的危險(xiǎn)。因此，接地可以分為安全接地和信號接地兩類信號接地的三種基本概念：浮地、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。浮地浮地指的是接地面不與大地直接相連。浮地的目的是將電路或設(shè)備與公共地或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線電隔離開來。在低頻時(shí)，各級電路的電位差被隔離，同時(shí)可以忽略接地面和電路的分布電容的條件下，常用浮地接地法。缺點(diǎn)是設(shè)備不與大地直接相連，容易出現(xiàn)靜電積累現(xiàn)象，這樣積累起來的電荷達(dá)到一定程度后，在設(shè)備和大地之間會產(chǎn)生具有強(qiáng)大放電電流的靜電擊穿現(xiàn)象，這種放電現(xiàn)象是一種破壞性很大的強(qiáng)干擾源。為此提出了一種折衷的辦法，就是在采用浮地的設(shè)備與大地之間，接進(jìn)一個(gè)電阻位很大的泄放電阻，以消除靜電積累的影響。單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。其它各個(gè)需要接地的點(diǎn)部直接接到這一點(diǎn)上。如果系統(tǒng)包含多個(gè)機(jī)柜，則每個(gè)機(jī)柜的地是獨(dú)立的，而在每個(gè)機(jī)柜內(nèi)部，對于每個(gè)接地系統(tǒng)則是采用單點(diǎn)接地的方式。然后，把整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)機(jī)柜地連接到一個(gè)唯一的參考點(diǎn)上。接地連線的長度遠(yuǎn)小于電路工作波時(shí)，可采用本系統(tǒng)。這種接地方法，地線連線長而多，在高頻時(shí)，地線電感較大，由此而增加地線間的電感耦合，引起電磁干擾，所以高頻時(shí)不用這種系統(tǒng)。單點(diǎn)接地123123串聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)：簡單缺點(diǎn)：公共阻抗耦合并聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)：無公共阻抗耦合缺點(diǎn)：接地線過多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3多點(diǎn)接地如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長λ

＝C／f縮小到與系統(tǒng)的接地平面的尺寸或接地引線的長度可以比擬時(shí)，就不能再用單點(diǎn)接地方式了。因?yàn)?，?dāng)?shù)鼐€的長度接近于λ／4時(shí)，它更象一根終端短路的傳輸線，而不能起著“地”的作用。多點(diǎn)接地是指某一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度為最短。這里說的接地平面，可以是設(shè)備的底板也可以是貫通整個(gè)系統(tǒng)的接地導(dǎo)線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等。多點(diǎn)接地的每個(gè)設(shè)備、裝置、電路中的干擾電流就只能在本身中循環(huán)，而不會耦合到其他地方。尤其是在低電平的輸入級中。多點(diǎn)接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路3混合接地在有些設(shè)備中，即有高頻電路又有低頻電路，可采用混合接地，高頻電路、中頻電路部分用多點(diǎn)接地，低頻部分用單點(diǎn)接地。(圖見書上pp109)地線干擾地環(huán)路問題與解決方法公共阻抗耦合問題與解決方法各種接地方法地線引發(fā)干擾問題的原因V=IR地線電壓地線是等電位的假設(shè)不成立電流走最小阻抗路徑我們并不知道地電流的確切路徑地電流失去控制地線電位示意圖2mV

200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV地線問題－地環(huán)路IGVGVN地環(huán)路I1I2隔離變壓器屏蔽層只能接2點(diǎn)！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL光隔離器發(fā)送發(fā)送接收接收RLRLVGVSVSVG光耦器件Cp平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL地線問題－公共阻抗耦合電路1電路2地電流1地電流2公共地阻抗V~~~改進(jìn)1改進(jìn)2正確的接地連接線

接地線的阻抗取決于導(dǎo)體的尺寸、引線長度和布線技術(shù)等因素，正確的接地線可以使電路滿意地工作。選接地線時(shí)應(yīng)考慮下列幾個(gè)因素：

(1)輻射頻率提高引起的集膚效應(yīng)。(2)工作頻率提高時(shí)引起感抗的增加。(3)每根導(dǎo)線有固定的電感和電容。(4)通過電流的導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生磁場和電場。(5)導(dǎo)線的電感和電容與電路的電感和電容諧振。電源的接地為了盡量減少供電電源母線上的負(fù)載感生噪聲，電源的一端必須很好地接地。其中Zs為電源的內(nèi)阻,Zb為電源母線的阻抗，Zg是電源的接地阻抗。開關(guān)S使負(fù)載ZL2間隙地與電源母線相接電源去耦電路實(shí)用上，常常把向重負(fù)荷電路供電的電源線和回線，與向信號電路供電的電源線和回線分離開來，達(dá)到削弱耦合的目的。或者說，只要事先對各種負(fù)載進(jìn)行合理的分類，就可以讓多組電路共用一個(gè)電源。至于敏感性較高的電路，則必須采取隔離措施，甚至還需單獨(dú)為它提供一個(gè)電源。不過，更常用的方法是在供電電路中接入去耦電路。電源線布置的注意事項(xiàng)必須同時(shí)工作的電路(如同步數(shù)字系統(tǒng)中的各種電路)應(yīng)分開放置，以盡量減少它們之間的輻射耦合。對于開關(guān)電路，它們的整個(gè)電源線束應(yīng)整個(gè)地屏蔽起來，而且使屏蔽線的兩端同時(shí)接地。

通過較大交流電流的引線，應(yīng)絞合在一起，并使它們盡可能的遠(yuǎn)離敏感線。直流電源線的饋線與回線也應(yīng)絞合起來，以防止它們接收并且重新輻射外來的射頻能量(對低阻抗電源線進(jìn)行屏蔽，通常收效不大)。直流電源線還應(yīng)該遠(yuǎn)離交流饋電線和各種控制線。電源線的回線與其它電路的回線不應(yīng)該共用一條導(dǎo)線。

專用一根導(dǎo)線作為電源回線的優(yōu)點(diǎn)是可以提供一個(gè)比較完善的單點(diǎn)接地，而不構(gòu)成復(fù)雜的接地環(huán)路。電纜屏蔽層的接地對于采用單點(diǎn)接地的屏蔽線，如果其長度接近于λ／4，就應(yīng)改用多點(diǎn)接地(象其它導(dǎo)線一樣，屏蔽層也可以起天線的作用)。采用多點(diǎn)接地時(shí)，如果不能做到每隔0.05λ至0.1λ有一個(gè)接地點(diǎn)，那么至少應(yīng)把屏蔽層的兩個(gè)端點(diǎn)接地。多點(diǎn)屏蔽的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以減少屏蔽層的靜電耦合。屏蔽電場0V電纜長度</20，單點(diǎn)接地電纜長度>/20，多點(diǎn)接地磁場對電纜的干擾VNVN＝(d

/dt)=A(dB/dt)磁通

回路面積A感應(yīng)電壓當(dāng)面積一定時(shí)屏蔽電纜減小磁場影響VSVSVS只有兩端接地的屏蔽層才能屏蔽磁場電纜屏蔽層的處理應(yīng)將電纜屏蔽層剝開后，沿著連接器外殼的四周，在360°方向上完好地接地，要盡量避免將屏蔽層剝開后梳成辮形，然后進(jìn)行接地的方法。高輸入或高輸出阻抗電路，尤其是在高靜電環(huán)境中，可能還需要用雙層屏蔽或三層屏蔽的電纜。這時(shí)，內(nèi)屏蔽層可以在信源端接地，外屏蔽層則在負(fù)載端接地。接地設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（小結(jié)）●電路尺寸小于0.05λ時(shí)，可采用單點(diǎn)接地；大于0.15λ時(shí)，可采用多點(diǎn)接地，電路尺寸介乎0.05λ和0.15λ之間的則應(yīng)根據(jù)接地線的實(shí)際位置以及被接地電路的傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度容限決定接地方式。對于那些工作頻率范圍很寬的電路，還要采用混合接地?！癯霈F(xiàn)地線環(huán)路問題時(shí)，可采用浮地隔離技術(shù)(例如，使用變壓器)。●所有接地線應(yīng)盡可能短。●所設(shè)計(jì)的接地參考平面應(yīng)具有較高的電導(dǎo)率，●確保接地聯(lián)接裝置能夠應(yīng)付意外的故障電流，在有室外終端接地時(shí)，能夠應(yīng)付雷電電流的沖擊?！駥τ谛盘柣鼐€、信號屏蔽層回線、電源系統(tǒng)回線以及底板或機(jī)殼都要有單獨(dú)的電路接地系統(tǒng)，然后可以將這些回線接到一個(gè)地參考點(diǎn)上?！駥τ谀切⒊霈F(xiàn)較大突變電流的電路要有單獨(dú)的接地系統(tǒng)，或者有單獨(dú)的接地回線，以減小對其它電路的瞬態(tài)藕合。●低電平電路的接地線要與所有其它接地線隔離開來?！裨谛盘柧€與電源線必須交叉的地方要使導(dǎo)線